數(shù)字電視的碼流技術(shù)

1、數(shù)字電視原理,數(shù)字電視碼流基礎(chǔ),數(shù)字電視碼流基礎(chǔ),數(shù)字電視信號(hào)是以碼流形式傳輸與模擬,電視顯著不同。,碼流內(nèi)容包含：,信號(hào)的表示、碼流語法、碼流中的邏輯,關(guān)系、碼流內(nèi)部所描述內(nèi)容、碼流的層次關(guān),系等。,模擬電視與數(shù)字電視的區(qū)別,（信號(hào)及信號(hào),傳輸）,；,數(shù)字電視碼流及分類；,碼流的主要內(nèi)容；,同步與時(shí)間標(biāo)識(shí)；,條件接收，加密，加擾；,附加信息，電子節(jié)目表，服務(wù)信息；,模擬電視與數(shù)字電視,模擬電視,數(shù)字電視,信號(hào)表示,連續(xù)的電流或電壓,利用二進(jìn)制數(shù),“,0”,、“,1”,表示,信號(hào)傳輸,采用掃描實(shí)現(xiàn)圖像信號(hào),的順序傳輸,打包，碼流復(fù)用多套電,視組成一個(gè)傳輸碼流,串行傳輸,音視頻,頻分、同時(shí)傳輸,

2、打包，音視頻交替?zhèn)鬏?信號(hào)同步,利用同步脈沖信號(hào)同步,利用時(shí)間信息，,時(shí)間標(biāo)識(shí)，實(shí)現(xiàn)同步,條件接收,無,加密、加擾,附加信息,無,有如電子節(jié)目表,數(shù)字電視碼流的類型,ES,（基本碼流）,視頻,ES,音頻,ES,數(shù)據(jù)流,PES,（節(jié)目基本碼流）,打包的基本碼流,PS,（節(jié)目碼流）,用于節(jié)目存儲(chǔ)，演播室，,信道干擾小,TS,（傳輸碼流）,用于遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸，信,道干擾較大,ES,視頻,ES1,音頻,ES1,數(shù)據(jù),1,視頻,ES2,音頻,ES2,數(shù)據(jù),2,打包,打包,打包,傳,輸,復(fù),用,節(jié),目,復(fù),用,打包,視頻,PES1,音頻,PES1,視頻,PES2,音頻,PES2,PS,流,1,TS,流,數(shù)

3、字電視碼流之間的層次關(guān)系,1.,基本碼流（,Elementary Stream,）,包含視頻、音頻、數(shù)據(jù)的連續(xù)碼流。,MPEG,視頻碼流：,根據(jù),MPEG,圖像序列的結(jié)構(gòu)，,MPEG,視頻,ES,的結(jié)構(gòu)由,6,層組成。,圖像序列、圖像組、圖像幀、宏塊條、宏塊、,塊。,頭部信息,數(shù)字電視碼流的形式是一串二進(jìn)制數(shù)據(jù)，,要明白二進(jìn)制數(shù)據(jù)所代表的含義，還要借助于,另一些二進(jìn)制數(shù)據(jù)來標(biāo)明哪些數(shù)據(jù)是屬于哪一,層的，以及有關(guān)的參數(shù)，這些數(shù)據(jù)被置于有效,數(shù)據(jù)的前面，而且有固定的碼字，我們稱之為,頭部信息，一般頭部信息的起點(diǎn)由起始碼,（,Start Code,）標(biāo)識(shí)。,序列,頭,序列,頭,序列,擴(kuò)展,擴(kuò)展,與用

4、戶,圖像,組,擴(kuò)展,與用戶,圖像,頭,圖像編,碼擴(kuò)展,擴(kuò)展,與用戶,圖像,數(shù)據(jù),序列,結(jié)束,ISO/IEC11172-2(MPEG-1),圖,4,1 4 MPEG,一,2,視頻基本碼流,（,ES,）,的高層結(jié)構(gòu),（,1,）序列的頭部（,sequence header,）,標(biāo)志整個(gè)編碼序列的開始，實(shí)際碼流中可以有,多個(gè)序列頭，以實(shí)現(xiàn)編輯切換。該序列頭定義了有,關(guān)圖像大小,(,水平和垂直尺寸,),、幀率、碼率、用戶,自定義幀內(nèi)幀間量化矩陣等重要信息。考慮到,MPEG,一,2,和,MPEG,一,1,的兼容性，頭部信息分成兩,部分：一部分稱為序列頭,這是兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的共用,部分，另一部分稱為序列擴(kuò)展或序列

5、延伸,(sequence,extension),這是,MPEG,一,2,的標(biāo)志。,（,2,）序列擴(kuò)展,(sequence extension),它規(guī)定了序列的其余信息，包括,3,個(gè)參數(shù)：,profile-and-level(,型和級(jí)別,),；,參數(shù),2,規(guī)定了圖像格式：,4,：,2,：,0,、,4,：,2,：,2,、,4,：,4,：,4,；,progress sequence,，說明是只有幀圖像，還,是既有幀圖像又有場(chǎng)圖像。,Sequence extension,起,始碼是,000001 B5(1 6,進(jìn)制,),，后面是識(shí)別碼,0001,說明是哪一個(gè)型,Extension (Profile,、

6、,Level),，如,圖中,ISO,I EC 11172,2,指,MPEG,1,。還有序列顯,示擴(kuò)展、量化矩陣擴(kuò)展、序列分級(jí),(,時(shí)間、空間、,SNR),擴(kuò)展等。,（,3,）擴(kuò)展與用戶,(extension e,通過低通濾波和增益控制后，輸出,控制信號(hào),f,；壓控振蕩器（,VCO,）在,f,的控制下輸出修,正后的系統(tǒng)時(shí)鐘。,音視頻同步（時(shí)間同步）,在數(shù)字電視系統(tǒng)中，必須解決一個(gè)重要的音視,頻同步即唇音同步問題。這是由于數(shù)字,圖像壓縮編,碼處理時(shí)間與聲音壓縮編碼所需要的信號(hào)處理時(shí),間不一致，因此如果在發(fā)送端不對(duì)接收端的視頻和,音頻同時(shí)顯示與回放進(jìn)行標(biāo)志，那么在接收端將視,頻和音頻信號(hào)解碼出來后，

7、就不知道如何協(xié)調(diào)視頻,和音頻信號(hào)的顯示及回放，以使之同步。為了避免,出現(xiàn)音視頻顯示與回放的不同步而影響收看的問,題，在發(fā)送端要將每幀圖像及其相,應(yīng)聲音的顯示及,回放時(shí)刻，以系統(tǒng)時(shí)鐘為參考表現(xiàn)出來，稱之為顯,示時(shí)間標(biāo)志,(presentation time stamp),。,數(shù)字電視系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)同步的,1.,建立系統(tǒng)時(shí)鐘,STC,，使發(fā)送端（編碼），接收,端（解碼），,TS,碼流或,PS,碼流有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間,標(biāo),志。在大包的頭部插系統(tǒng)時(shí)鐘參考,SCR,的時(shí)間標(biāo),志，用以指明是,SCR,的最后一個(gè)字節(jié)離開編碼器的,時(shí)間，在,STD(,系統(tǒng)目標(biāo)解碼器,),的輸入端則提取這,個(gè)時(shí)間。,2.,編碼時(shí)

8、，在,ES,、,PES,和,TS,三個(gè)碼流中設(shè)置相,關(guān)的時(shí)鐘信息，并通過聯(lián)合作用達(dá)到編解碼同步和,視音頻同步。,3.,確定時(shí)間標(biāo)志，在打包碼流,PES,的包頭插入系統(tǒng),時(shí)鐘參考（,SCR,）節(jié)目時(shí)鐘參考,(PCR),信息。,(PCR),是用來產(chǎn)生：,顯示時(shí)間標(biāo)簽,(PTS),指示音頻和視頻的正確,顯示的時(shí)間標(biāo)簽；,解碼時(shí)序的時(shí)間標(biāo)簽或時(shí)間戳,(DTS),指示解,碼時(shí)間的解碼時(shí)間標(biāo)簽。,4. STD(,系統(tǒng)目標(biāo)解碼器,),的輸入端，接收到,PCR,后,采用鎖相壞（,PLL,）技術(shù)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè),PCR,到達(dá)時(shí)，,PCR,值被直接裝入系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器；將此后的本地系,統(tǒng)時(shí)鐘值與當(dāng)前到達(dá)的,PCR,（每相

9、隔,100ms,發(fā)送一,次）做差分運(yùn)算，輸出控制信號(hào),f,；壓控振蕩器,（,VCO,）在,f,的控制下輸出修正后的系統(tǒng)時(shí)鐘,STC,。,5.,通常是,PTS,的到達(dá)與,PCR,時(shí)鐘恢復(fù)是兩個(gè)獨(dú)立的,過程，,式一般不滿足，要進(jìn)行同步調(diào)整以解決唇音同步問,題；,解碼時(shí)序的時(shí)間標(biāo)簽或時(shí)間戳,(DTS),指示解,碼時(shí)間的解碼時(shí)間標(biāo)簽，解決圖像的空間同步和圖,像序列顯示重排的問題,t,PCR,PTS,t,PCR,?,?,?,?,?,?,條件接收，加密，加擾,1.,條件接入（,CA,）的直接含義是：,對(duì)某部分特權(quán)信息的訪問需要滿足一定的條件，,也就是信息加解密技術(shù)。,2.,數(shù)字電視條件接入系統(tǒng)構(gòu)成：,用戶

10、管理系統(tǒng)、節(jié)目管理系統(tǒng)、密鑰生成系統(tǒng)、,加擾系統(tǒng)、服務(wù)信息生成系統(tǒng)、智能卡和解擾系統(tǒng)。,3.,加密與加擾：,實(shí)現(xiàn)條件接收，對(duì)信號(hào)要加擾（對(duì)編碼后的圖,像碼流加擾），加擾是通過控制字實(shí)現(xiàn)的，而加密,是對(duì)控制字進(jìn)行加密，而加擾的算法一般是公開的，,而必須對(duì)控制字加密。,加擾：,控制字是用于對(duì)數(shù)字電視相關(guān)節(jié)目的碼流數(shù)據(jù)進(jìn),行加擾的密鑰，由于加擾系統(tǒng)工作于實(shí)時(shí)狀態(tài)，必須,保證較高的速度，再加上在許多標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中，加擾的,算法基本上是公開化的，因此加擾系統(tǒng)一般采用某些,比較常用的而且比較簡(jiǎn)單的算法。,為了防止系統(tǒng)被破解，要求控制字必須比較長(zhǎng)而,且經(jīng)常改變，同時(shí)要求生成方式應(yīng)該是隨機(jī)的，不能,有固定的規(guī)律。

11、一般實(shí)際系統(tǒng)中控制字每幾秒鐘就要,改變一次?？刂谱值漠a(chǎn)生往往采用類白噪聲源的硬件,產(chǎn)生。,加密（控制字）：,加擾的控制字必須由節(jié)目提供方送到接收端，,接,收端才能將加擾后的數(shù)字電視碼流正確解碼。由實(shí),時(shí)性和不斷變化的要求，這種傳送只能通過傳送電,視碼流的信道傳送，必須對(duì)它進(jìn)行加密傳送。,授權(quán)控制信息發(fā)生器將加密后的密鑰信息與一,些,相關(guān)的節(jié)目授權(quán)信息結(jié)合在一起生成授權(quán)控制信息,（,Entitlement Control Message ECM,）,ECM,被,嵌入數(shù)字電視碼流的相關(guān)表中，作為碼流的一部分,傳送到接收端。,加密用戶的授權(quán)信息：,接收端收到,ECM,信息時(shí)，也不能立即從中解得,密碼

12、（控制字），系統(tǒng)還必須檢查用戶是不是有相,關(guān)某節(jié)目收看的授權(quán)（驗(yàn)明身份,身份驗(yàn)證，通,過接收端機(jī)頂盒中智能卡硬件實(shí)現(xiàn)），客戶所需要,的這些授權(quán)信息可以從用戶管理系統(tǒng)中得到。在密,鑰生成系統(tǒng)中，這些信息也被加密編碼，生成授權(quán),管理信息（,Entitlement Management Message,EMM,）通過數(shù)字電視信道每隔幾秒重復(fù)傳送（控,制,字每隔幾秒要改變一次）。,解擾系統(tǒng)：,依據(jù)從系統(tǒng)中獲取的控制字，采用規(guī)定的解擾,算法，同步地對(duì)相應(yīng)碼流進(jìn)行解擾獲取數(shù)字電視節(jié),目的明碼，（還不能收看，為什么？）用于后面的,視音頻解碼。,智能卡及公共接口模塊：,有關(guān)條件接收的核心部件，接收端收到,EC

13、M,、,EMM,后，智能卡根據(jù)其保存的客戶信息，首先對(duì),EMM,進(jìn)行解碼，獲取該用戶對(duì)相關(guān)節(jié)目的接收權(quán)限,控制信息，對(duì)客戶,ECM,的訪問權(quán)限作出判斷，對(duì),ECM,解密，獲取控制字，將控制字送給解擾模塊，,對(duì)碼流進(jìn)行解擾。,條件接入系統(tǒng)的工作原理,1.,發(fā)送端：,用戶提出申請(qǐng),管理系統(tǒng)，,管理系統(tǒng)登錄用戶信息，帳單,生成,EMM,信息,PS,碼流,加擾器,復(fù)用器,控制字產(chǎn)生器,加擾器,控制字,ECM,（密鑰）,用戶管理系統(tǒng),授權(quán)信息,EMM,發(fā)生器,EMM,復(fù)用生成加擾，加密后的數(shù)字電視碼流調(diào)制傳,輸（或采用基帶傳輸，不調(diào)制）。,加密,加擾,模塊,ECM,生成器,EMM,生成器,用戶管,理系統(tǒng),控制字,發(fā)生器,節(jié)目管,理系統(tǒng),服務(wù)信息,生成器,復(fù),用,器,解擾,模塊,智能卡,解,復(fù),用,用戶,密鑰生成,控制字,節(jié)目碼流,用戶申請(qǐng)、確認(rèn)、帳單等,加擾節(jié)目碼流,EMM,ECM,SI,節(jié)目,碼流,傳輸,信道,TS,PS,控制字,ECM,EMM,加擾節(jié),目碼流,數(shù)字電視條件接入系統(tǒng)組成框圖,2.,接收端：,接收端解密由智能卡和機(jī)頂盒配合完成，機(jī)頂,盒首先在傳送流中尋找節(jié)目特殊信息,PSI,，在,PSI,中,找到條件接入表,CAT,，根據(jù),CAT,表中給出的,ECM,和,EMM,包識(shí)別碼（,PID,），找到相應(yīng)的加